TWI449430B - High - bandwidth audio and video transmission processing system - Google Patents

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Description

高頻寬影音傳輸處理系統
本發明是有關影音傳輸系統，尤其是可利用既有的同軸電纜、一般絞線及平行線做為傳輸高解析度影音的媒介。
傳統監視器系統，每一台類比攝影機攝取影像後，經專屬的同軸電纜傳送至主機端監控與錄影，同軸電纜上傳送的是NTSC或PAL規格的CVBS(Composite Video Baseband Signal，複合視頻基帶訊號)影像訊號。傳統監視器系統缺點包括：CVBS影像訊號無法支援HD(高解析度，如1920x1080x30P)攝影機；需採用專屬的同軸電纜佈線方式，會讓長距離佈線成本大幅膨漲。
台灣專利第M400723號，揭示一種同時傳送類比影像及網路訊號之裝置，係包括有：至少一供接收基頻類比影像訊號(Analogue Video)及基頻網路訊號的混合裝置，該混合裝置內係包含有至少一用於改變基頻類比影像訊號(Analogue Video)之頻率的第一移頻裝置；及一藉由同軸電纜(Coaxial cable)與該混合裝置電性連接的還原裝置，該還原裝置內係包含有一用於還原來自混合裝置且經移頻後之類比影像訊號(Analogue Video)頻率的第二移頻裝置。
台灣專利第I227635號，揭示一種影像傳輸裝置，用於將一影像擷取裝置所取得的影像訊號，利用既有佈線(如電力線路)進行影像封包的傳遞，並且對影像擷取裝置進行操控；包含有：一將影像訊號轉換成數位影像資料的影像轉換單元；一應用影像壓縮技術對數位影像資料加以壓縮的影像壓縮單元；一將壓縮後的資料封裝成影像資料封包的封包處理單元；以及一將該影像資料封包以射頻調變(RF)方式並透過既有佈線傳遞的通訊調變解調單元，另附加的控制單元以控制訊號監控其他控制；通訊調變解調單元調變後的資料具有20MHz的頻率，且傳輸速度可達14Mbps；該通訊調變解調單元提供16bits的資料容量，可提供16組IP位址。
上述台灣專利技術，雖可利用既有單一的同軸電腦或電力線路傳輸多具攝影機攝取的影像訊號，但無法同時傳輸多具HD攝影機攝取的高解析度影像資料，因此無法使監視系統具有同時監控多個高解析度影像畫面的功能。
為了進一步改良習知的影音傳輸處理系統，而提出本發明。
本發明的主要目的，在提供一種高頻寬影音傳輸處理系統，係利用影音處理裝置的編碼單元將攝影機攝取及接收的影音訊號，編碼及壓縮為H.264/MPEG/AAC影音訊號後，再經由複合單元(Multiplexer)轉變為MPEG2影音傳輸串流(Transport Stream)格式的訊號，再經由射頻調變單元調變為數位電視的射頻基頻訊號，再經由升頻單元調整為頻率較高的數位電視的射頻訊號經由傳輸導線傳輸至主機；可使用原佈設給類比攝影機用的同軸電纜，使原類比影像傳輸系統升級為數位影音傳輸系統。
本發明的另一目的，在提供一種高頻寬影音傳輸處理系統，可將系統時間由複合單元(Multiplexer)直接以DVB SI TDT/TOT標準格式或ATSC PSIP STT標準格式混合在MPEG2傳輸串流格式的訊號內做為電子時間戳記(Time stamp)，方便未來資料搜尋時，可以自動方式找到特定時間的影像片段。
本發明的又一目的，在提供一種高頻寬影音傳輸系統，可同時傳送數位與類比訊號，使同一條同軸電纜可同時傳輸一路類比CVBS(Composite Video Baseband Signal，複合視頻基帶訊號)影像訊號及多路數位影音訊號。
本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。
如圖1所示，本發明高頻寬影音傳輸處理系統1，包括攝影機10、複數影音處理裝置20、至少一傳輸導線30、至少一主機4、至少一影音播放裝置50、至少一儲存裝置60及複數混波器70所組成。每一攝影機10電氣連結一影音處理裝置20；複數影音處理裝置20及至少一主機4分別經混波器70電氣連結傳輸導線30；複數影音處理裝置20輸出的影音訊號藉由傳輸導線30傳輸至主機4；主機4電氣連結至少一影音播放裝置50及/或至少一儲存裝置60。影音播放裝置50包括可播放影像的顯示器及可播放聲音的喇叭。傳輸導線30可為一般的同軸電纜、絞線或平行線其中之一者。混波器70(Mixer)也有稱為分路器(Splitter)者。
如圖2所示，本發明的影音處理裝置20包括依序電氣連結的編碼單元21、複合單元22、射頻調變單元23、升頻單元24、及功率放大單元(Power amplifier)25，且包括一本地時間(Real Time Clock，RTC)單元26。
本發明的編碼單元21是H.264/MPEG/ACC編碼器，用以將影音訊號編碼及壓縮為H.264/MPEG/ACC(編碼)影音訊號；複合單元22係用以將H.264/MPEG/ACC影音訊號調變為MPEG2影音傳輸串流(Transport stream)格式的訊號，並以DVB SI TDT/TOT標準格式或ATSC PSIP STT標準格式將本地時間單元26提供的系統時間混合在MPEG2傳輸串流格式的訊號內做為電子時間戳記(Time stamp)；射頻調變單元23係用以將MPEG2影音傳輸串流格式的訊號調變為數位電視的射頻基頻(RF baseband)訊號；升頻單元24包括一本地振盪器(Local Oscillator，LO)，藉由調整本地振盪器的頻率，將數位電視的射頻基頻(RF baseband)訊號調整為頻率較高的數位電視的射頻訊號；功率放大單元25用以將數位電視的射頻訊號適當放大，以利數位電視的射頻訊號可以長距傳輸。可調整本地振盪器的頻率在50MHz~1000MHz範圍內，使每一影音處理裝置20對應不同的射頻頻率，複數不同頻率的數位電視的射頻訊號可在同一傳輸導線上傳輸，因此可以使多支攝影機10共用同一條傳輸導線30。
如圖1、3所示，本發明的主機4包括至少一接收裝置40，每一個接收裝置40包括依序電氣連結的調諧單元(tuner)41、解調變單元42及解碼單元43所組成。
本發明的調諧單元41係用以接收所要頻率的數位電視的射頻訊號，並解出數位電視的射頻基頻(RF baseband)訊號；解調變單元42係用以將數位電視的射頻基頻訊號解調出H.264/MPEG/AAC影音信號；解碼單元43係用以將H.264/MPEG/AAC影音訊號解碼出影音播放裝置50可以播放的影音訊號。
如圖1、2、3所示，本發明攝影機10攝取的影像訊號及接收的聲音訊號構成的高解析度的影音訊號，被影音處理裝置20接收後，編碼單元21將該影音訊號編碼及壓縮為H.264/MPEG/AAC影音訊號後，再經由複合單元22轉變為MPEG2影音傳輸串流格式的訊號，並以DVB SI TDT/TOT標準格式或ATSC PSIP STT標準格式將本地時間單元26提供的系統時間混合在MPEG2影音傳輸串流格式的訊號內做為電子時間戳記(Time stamp)，再經由射頻調變單元23調變為數位電視的射頻基頻(RF baseband)訊號，再經由升頻單元24調整為頻率較高的數位電視的射頻訊號，再經由功率放大單元25適當放大數位電視的射頻訊號，以利數位電視的射頻訊號可以長距在傳輸導線30上傳輸。
主機4的每一接收裝置40的調諧單元41可接收在傳輸導線30上傳輸的所要頻率的數位電視的射頻訊號，並解出數位電視的射頻基頻(RF baseband)訊號，再經由解調變單元42解調出H.264/MPEG/ACC影音訊號；再經由解碼單元43解碼出影音播放裝置50可以播放的影音訊號、或將影音訊號儲存於儲存裝置60。
本發明的射頻調變單元23係以數位電視調變方式將MPEG2影音傳輸串流格式的訊號調變為射頻基頻(RF baseband)訊號，其中的數位電視調變規範可選用DVB-C/DVB-C2、DVB-T/DVB-H/DVB-T2、ATSC、ISDB-T、DMB-T/H(DTMB)或QAM(ITU J.83 Annex A/B/C)等任一種調變規範。
本發明的影音傳輸串流是根據ISO_IEC_13818-1所定義的MPEG2傳輸串流(MPEG2 Transport Stream(TS))規格，其規格係由固定長度的188-位元組封包(188-byte packets)組合而成。MPEG2傳輸串流內除了包含影/音封包(Audio/Video packets)，還有SI/PSI/PSIP封包(SI/PSI/PSIP packets)。SI(Service information，服務訊息)/PSI(Program Specific Information，程式特定訊息)/PSIP(Program and System Information Protocol節目與系統資訊協議)用來描述MPEG2傳輸串流的內容，與提供一些額外資訊。
PSI是ISO_IEC_13818-1定義，SI則是DVB EN 300468所規範。在SI表(Table)中，TOT(Time offset table，時間偏移表)/TDT(Time Date table，時間日期表)用來描述本地時間。PSIP則是由ATSCA/65所規範，在PSIP中，STT(System time table)用來描述系統時間。
本發明的另一特色係可將系統時間，直接以DVB SI TDT/TOT或ATSC PSIP STT標準格式混合在MPEG2傳輸串流格式的訊號內做為電子時間戳記(Time stamp)，方便未來資料搜尋時，可以自動方式找到特定時間的影像片段。
本發明根據選定調變之頻寬決定，在一條傳輸導線上可傳輸的頻道數。以6MHz為例，如果升頻單元的本地振盪器可調範圍是50-1000 MHz，理論上可以同時搭載158支攝影機。
本發明可使用原佈設給類比攝影機用的同軸電纜，很容易達成使原類比影像傳輸系統升級為數位影音傳輸系統之目地。
本發明利用數位電視調變的另一好處是，其技術成熟，相關週邊設備取得容易且便宜。在安裝、偵錯及維護上也相對容易。與類比電視調變方式相比，數位電視調變方式訊號，同樣傳輸導線可傳遞更遠，因此可使用的傳輸導線才更具彈性。
此外，本發明在使用同樣頻寬可傳送更多資料，以DVB-T調變方式為例，一個6MHz頻寬的頻道，最高可傳送23.75 Mbps，也就是可傳送兩路10Mbps數位節目。
本發明利用的傳輸串流格式架構，能在同一MPEG2影音傳輸串流格式的訊號上搭載多路的H.264/MPEG/AAC影音訊號。
此外，本發明因升頻單元的本地振盪器升頻後，佔的頻帶與原來CVBS(複合電視廣播信號)基頻訊號(小於8MHz)不同，所以可容許一路CVBS訊號複合在同一同軸電纜上；也就是，本發明可同時傳送數位與類比訊號，使同一條同軸電纜可同時傳輸一路類比CVBS(Composite Video Baseband Signal，複合視頻基帶訊號)影像訊號及多路數位影音訊號，可大幅改善習知的影音傳輸系統。
以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。
1．．．高頻寬影音傳輸處理系統
10．．．攝影機
20．．．影音處理裝置
21．．．編碼單元
22．．．複合單元
23．．．射頻調變單元
24．．．升頻單元
25．．．功率放大單元
26．．．本地時間單元
30．．．傳輸導線
4．．．主機
40．．．接收裝置
41．．．調諧單元
42．．．解調變單元
43．．．解碼單元
50．．．影音播放裝置
60．．．儲存裝置
70．．．混波器
圖1為本發明高頻寬影音傳輸處理系統的功能性結構方塊示意圖。
圖2為本發明影音處理裝置的功能性結構方塊示意圖。
圖3為本發明接收裝置的功能性結構方塊示意圖。
1．．．高頻寬影音傳輸處理系統
10．．．攝影機
20．．．影音處理裝置
30．．．傳輸導線
4．．．主機
50．．．影音播放裝置
60．．．儲存裝置
70．．．混波器

Claims (10)

  1. 一種高頻寬影音傳輸處理系統，包括：複數影音處理裝置，每一影音處理裝置包括依序電氣連結的一編碼單元、一複合單元、一射頻調變單元及一升頻單元；至少一傳輸導線；該傳輸導線分別電氣連結該複數影音處理裝置；其中，當該影音處理裝置接收影音訊號時，該編碼單元將該影音訊號編碼及壓縮為編碼影音訊號，該複合單元將該編碼影音訊號轉變為影音傳輸串流格式的訊號，該射頻調變單元將該影音傳輸串流格式的訊號調變為數位電視的射頻基頻訊號，該升頻單元將該數位電視的射頻基頻訊號調整為頻率較高的數位電視的射頻訊號，藉由該傳輸導線進行傳輸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該編碼影音訊號是H.264/MPEG/AAC影音訊號；該影音傳輸串流格式的訊號是MPEG2影音傳輸串流格式的訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該升頻單元包括一本地振盪器，藉由調整該本地振盪器的頻率，調整該數位電視的射頻訊號之頻率，使複數不同頻率的數位電視的射頻訊號在同一傳輸導線上傳輸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中系統時間混合在該MPEG2傳輸串流格式的訊號內做為電子時間戳記，俾方便未來資料搜尋時，以自動方式找到特定時間的影像片段。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該影音處理裝置包括一功率放大單元；該升頻單元電氣連結該功率放大單元；該功率放大單元放大該數位電視的射頻訊號，以利該數位電視的射頻訊號長距傳輸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該傳輸導線同時傳輸一路類比複合視頻基帶訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該MPEG2影音傳輸串流格式的訊號內搭載至少一路的H.264/MPEG/AAC影音訊號。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該傳輸導線電氣連結至少一主機；該主機包括至少一接收裝置；該接收裝置包括依序電氣連結的一調諧單元、一解調變單元及一解碼單元；該調諧單元係接收所要頻率的數位電視的射頻訊號；該解調變單元係將該數位電視的射頻訊號解調出影音傳輸串流訊號；該解碼單元係將該影音傳輸串流訊號解碼出影音訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，其中該主機電氣連結至少一影音播放裝置或至少一儲存裝置或至少一影音播放裝置和至少一儲存裝置其中之一。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的高頻寬影音傳輸處理系統，包括複數混波器；該主機及該影音處理裝置分別藉由該混波器電氣連結該傳輸導線；該傳輸導線為同軸電纜、絞線或平行線其中之一者。
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